移动机器人路径规划与路径跟踪研究

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移动机器人是一种具有高度自规划、自组织、自适应能力,适合于在复杂的非结构化环境中工作的机器人系统。在移动机器人的相关技术研究中,导航与定位技术已成为移动机器人领域的研究前沿及热点,本文主要从路径规划与路径跟踪两个方面对此展开研究。本文的研究获得华南理工大学中央高校基本科研业务费项目及横向项目“面向教学和娱乐的迎宾服务机器人研发”的资助。本文对人工免疫系统的理论展开研究,阐述了人工免疫系统的主要研究内容,重点分析了免疫系统免疫记忆、免疫网络、免疫反馈及克隆选择等免疫机理,并在上述机理理论基础上,提出了一般免疫算法的设计方法及设计流程。研究了基于免疫算法的移动机器人路径规划方法,在比较目前采用的路径规划方法基础上,提出了一种混合了否定选择、接种疫苗及克隆选择三种算法思想的免疫算法。克隆选择保持了群体多样性,防止局部收敛,接种疫苗提高了抗体亲合度,加快收敛速度。利用MATLAB进行仿真试验,仿真结果表明,与遗传算法相比,本文设计的免疫算法具有更强的搜索能力及更快的收敛速度。研究了基于PID控制器参数整定的移动机器人路径跟踪系统,建立了机器人的运动学模型,并设计了移动机器人的三闭环运动控制系统,提出了一种基于免疫遗传算法的PID控制器参数整定方法。利用MATLAB建立了跟踪控制系统的模型进行仿真试验,仿真结果表明,基于免疫遗传算法整定的PID参数的控制系统具有很好的阶跃响应特性。设计研制了移动机器人的实验平台,利用MATLAB与C#联合编程开发了机器人导航控制软件,构建实验场景完成了移动机器人的导航实验。实验结果表明,移动机器人导航系统能规划出一条最优路径,并实现路径的准确跟踪。本文的研究成果可用于移动机器人在已知复杂环境下的路径规划与路径跟踪,实现机器人的室内导航。相关的成果已集成到项目组开发的迎宾服务机器人的控制系统中。
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